本發(fā)明涉及一種蝸桿凸輪分度機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

常用的蝸桿凸輪分度機(jī)構(gòu)，其組成主要包括：蝸桿凸輪、滾子盤、滾子，滾子等間距安裝在滾子盤的徑向圓周上。蝸桿凸輪上設(shè)有槽道，槽道則可分為停歇槽道和運(yùn)動(dòng)槽道。工作時(shí)，有兩個(gè)滾子始終與槽道相互嚙合。當(dāng)蝸桿凸輪在原地被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，若滾子嚙合于停歇槽道，滾子盤靜止不動(dòng)；若滾子嚙合于運(yùn)動(dòng)槽道，滾子盤在槽道的嚙合推動(dòng)下產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；這樣便能實(shí)現(xiàn)滾子盤的間歇運(yùn)動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng))。

因?yàn)殚g歇運(yùn)動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng))效果良好的，上述蝸桿凸輪分度機(jī)構(gòu)應(yīng)用廣泛，例如應(yīng)用于機(jī)械加工設(shè)備中的刀庫、分度工作臺等。

盡管如此，為保持滾子與槽道在工作時(shí)的良好嚙合關(guān)系，槽道形狀復(fù)雜，加工困難，目前要一次制作完成蝸桿凸輪及其槽道，必須使用設(shè)備昂貴、加工程序復(fù)雜的五軸加工機(jī)，加工成本高，難以大量生產(chǎn)。

針對制造困難這個(gè)不足，也出現(xiàn)了一些改善的方法，比如將蝸桿凸輪的槽道底面呈半圓形曲面，與槽道具有運(yùn)動(dòng)配合關(guān)系的滾子也采用半圓形球面的外形結(jié)構(gòu)。這樣，在加工蝸桿凸輪的槽道時(shí)，只需用具有半圓形切削邊緣的刀具搭配四軸加工機(jī)即可。因此，采用改善結(jié) 構(gòu)，蝸桿凸輪1制造容易快速，適于大量生產(chǎn)并可降低生產(chǎn)成本。然而，這樣就沒有對蝸桿凸輪的運(yùn)動(dòng)曲線加以改進(jìn)，運(yùn)動(dòng)性能有待提高。同時(shí)，滾子在嚙入與嚙出槽道時(shí)容易產(chǎn)生干涉。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的旨在于提供一種蝸桿凸輪分度機(jī)構(gòu)，提升機(jī)構(gòu)的整體運(yùn)動(dòng)性能，而且避免滾子在嚙入嚙出槽道時(shí)產(chǎn)生干涉。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種蝸桿凸輪分度機(jī)構(gòu)，包括蝸桿凸輪和滾子盤，蝸桿凸輪包括蝸桿和固設(shè)在蝸桿上的凸輪，該凸輪的外側(cè)開設(shè)有槽道，該槽道呈螺旋狀；該滾子盤上設(shè)有多個(gè)滾子，該多個(gè)滾子沿滾子盤的周向間隔分布，該滾子用于在槽道內(nèi)運(yùn)動(dòng)：

該槽道從一端至另一端依次設(shè)有嚙入段、第一停歇段、正弦加速運(yùn)動(dòng)段、等速運(yùn)動(dòng)段、正弦減速運(yùn)動(dòng)段、第二停歇段和嚙出段，該嚙入段和嚙出段的槽寬均大于該滾子的寬度，該第一停歇段、正弦加速運(yùn)動(dòng)段、等速運(yùn)動(dòng)段、正弦減速運(yùn)動(dòng)段和第二停歇段的槽寬均等于該滾子的寬度，并且當(dāng)滾子位于該第一停歇段、正弦加速運(yùn)動(dòng)段、等速運(yùn)動(dòng)段、正弦減速運(yùn)動(dòng)段和第二停歇段內(nèi)部時(shí)、滾子的中心位于該槽道的中心線上；

設(shè)定該嚙入段、第一停歇段、正弦加速運(yùn)動(dòng)段、等速運(yùn)動(dòng)段、正弦減速運(yùn)動(dòng)段、第二停歇段和嚙出段圍繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度分別為：θ₄、θ₃、θ₂、θ₁、θ₅、θ₆和θ₇，并且θ₅＝θ₂、θ₆＝θ₃、θ₇＝θ₄；其中該Z軸為該凸輪的轉(zhuǎn)軸；

同時(shí)，設(shè)定槽道運(yùn)動(dòng)段的轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ₀，該槽道運(yùn)動(dòng)段包括正弦加速運(yùn)動(dòng)段、等速運(yùn)動(dòng)段和正弦減速運(yùn)動(dòng)段；槽道正弦加速運(yùn)動(dòng)段在Z軸方向的位移為h₁；槽道正弦減速運(yùn)動(dòng)段在Z軸方向的位移為h₂；相鄰滾子的中心距為H；滾子中心圓的半徑為R；滾子個(gè)數(shù)為N；蝸桿凸輪與滾子盤的中心距為D；

以蝸桿凸輪的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，建立柱面坐標(biāo)系O(r,θ,z),θ為槽道中心線繞Z軸的旋轉(zhuǎn)角度；

該嚙入段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝-R·sin{2π/N-arcsin[z(θ+2π)/R]},θ＝[-(θ₀/2+θ₃+θ₄),-(θ₀/2+θ₃)]…(1)

該第一停歇段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝-H/2,θ＝[-(θ₀/2+θ₃),-θ₀/2]…(2)

該正弦加速運(yùn)動(dòng)段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝-H/2+h₁·{(θ+θ₀/2)/θ₂-sin[π(θ+θ₀/2)/θ₂]/π},θ＝[-θ₀/2,-θ₀/2+θ₂]…(3)

該等速運(yùn)動(dòng)段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝-H/2+h₁+(H-h₁-h₂)(θ+θ₀/2-θ₂)/(θ₀-2θ₂),θ＝[-θ₀/2+θ₂,θ₀/2-θ₂]…(4)

該正弦減速運(yùn)動(dòng)段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方 程：

Z(θ)＝H/2-h₂·{(θ₀/2-θ)/θ₂-sin[π(θ₀/2-θ)/θ₂]/π},θ＝[θ₀/2-θ₂,θ₀/2]…(5)

該第二停歇段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝H/2,θ＝[θ₀/2,θ₀/2+θ₃]…(6)

該嚙出段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝R·sin{2π/N+arcsin[z(θ+2π)/R]},θ＝[θ₀/2+θ₃,θ₀/2+θ₃+θ₄]…(7)

該槽道中心線在該凸輪的徑向截面的投影滿足以下方程：

r(θ)＝D-R·cos{arcsin[z(θ)/R]}…(8)

其中，r為槽道中心線在該凸輪徑向截面的投影上的點(diǎn)至Z軸的距離；

而且，θ₁、θ₂、θ₃、θ₄為正數(shù)；θ₀＝θ₁+2θ₂；θ₀+θ₃＝2π；

H＝2·R·sin(π/N)；

h₁＝h₂＝2·θ₂·H/(θ₀-θ₂)。

進(jìn)一步地，該槽道的徑向截面呈半圓形。

進(jìn)一步地，該滾子的側(cè)面為圓弧面，該圓弧面用于與該槽道內(nèi)側(cè)壁接觸。

本發(fā)明的有益效果在于：

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的蝸桿凸輪分度機(jī)構(gòu)，其蝸桿凸輪采用等速運(yùn)動(dòng)和正弦加速度運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的修正等速運(yùn)動(dòng)曲線，機(jī)構(gòu)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，既無剛性沖擊也無柔性沖擊，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，速度高，分度 精確，提升機(jī)構(gòu)的整體運(yùn)動(dòng)性能；而且，槽道的設(shè)計(jì)充分考慮了滾子在嚙入嚙出時(shí)與槽道的位置關(guān)系，避免產(chǎn)生干涉。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2至圖4為蝸桿凸輪在三個(gè)不同工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為蝸桿凸輪的結(jié)構(gòu)示意圖(顯示出槽道中心線)；

圖6為槽道中心線111在凸輪徑向截面的投影示意圖；

圖7為槽道中心線111的Z軸方向的位移與極半徑r的示意圖；

圖8為滾子的運(yùn)動(dòng)速度和加速度曲線示意圖；

其中：1、蝸桿凸輪；101、蝸桿；102、凸輪；11、槽道；111、槽道中心線；11ab、嚙入段；11bc、第一停歇段；11cd、正弦加速運(yùn)動(dòng)段；11de、等速運(yùn)動(dòng)段；11ef、正弦減速運(yùn)動(dòng)段；11fg、第二停歇段；11gh、嚙出段；2、滾子盤；21、滾子；L、滾子的寬度；h、相鄰兩個(gè)滾子的中心距；R、滾子中心圓的半徑；D、蝸桿凸輪與滾子盤的中心距。

具體實(shí)施方式

下面，結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式，對本發(fā)明做進(jìn)一步描述：

如圖1至圖6所示，本發(fā)明的蝸桿凸輪分度機(jī)構(gòu)，包括蝸桿凸輪1和滾子盤2，蝸桿凸輪1包括蝸桿101和固設(shè)在蝸桿101上的凸輪102，該凸輪102的外側(cè)開設(shè)有槽道11，該槽道11呈螺旋狀；該滾子盤2上設(shè) 有多個(gè)滾子21，該多個(gè)滾子21沿滾子盤2的周向間隔分布，該滾子21用于在槽道11內(nèi)運(yùn)動(dòng)；

該槽道11從一端至另一端依次設(shè)有嚙入段11ab、第一停歇段11bc、正弦加速運(yùn)動(dòng)段11cd、等速運(yùn)動(dòng)段11de、正弦減速運(yùn)動(dòng)段11ef、第二停歇段11fg和嚙出段11gh，該嚙入段11ab和嚙出段11gh的槽寬均大于該滾子21的寬度，因此，該滾子21在嚙入和嚙出該槽道11時(shí)，可以不與槽道11接觸，從而使蝸桿凸輪1不會(huì)推動(dòng)該滾子盤2運(yùn)動(dòng)，該第一停歇段11bc、正弦加速運(yùn)動(dòng)段11cd、等速運(yùn)動(dòng)段11de、正弦減速運(yùn)動(dòng)段11ef和第二停歇段11fg的槽寬均等于該滾子21的寬度L，并且當(dāng)滾子21位于該第一停歇段11bc、正弦加速運(yùn)動(dòng)段11cd、等速運(yùn)動(dòng)段11de、正弦減速運(yùn)動(dòng)段11ef和第二停歇段11fg的內(nèi)部時(shí)、滾子21的中心位于槽道11的槽道中心線111上；

設(shè)定該嚙入段11ab、第一停歇段11bc、正弦加速運(yùn)動(dòng)段11cd、等速運(yùn)動(dòng)段11de、正弦減速運(yùn)動(dòng)段11ef、第二停歇段11fg和嚙出段11gh圍繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度分別為：θ₄、θ₃、θ₂、θ₁、θ₅、θ₆和θ₇，并且θ₅＝θ₂、θ₆＝θ₃、θ₇＝θ₄；其中該Z軸為該凸輪102的轉(zhuǎn)軸(本實(shí)施例中，θ₄、θ₃、θ₂、θ₁、θ₅、θ₆和θ₇分別為該嚙入段11ab、第一停歇段11bc、正弦加速運(yùn)動(dòng)段11cd、等速運(yùn)動(dòng)段11de、正弦減速運(yùn)動(dòng)段11ef、第二停歇段11fg和嚙出段11gh對應(yīng)的槽道中心線111圍繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度)；

同時(shí)，設(shè)定槽道運(yùn)動(dòng)段的轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ₀(本實(shí)施例中，θ₀為槽道運(yùn)動(dòng)段對應(yīng)的槽道中心線111圍繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度),該槽道運(yùn)動(dòng)段 包括正弦加速運(yùn)動(dòng)段11cd、等速運(yùn)動(dòng)段11de、正弦減速運(yùn)動(dòng)段11ef；槽道正弦加速運(yùn)動(dòng)段11cd在Z軸方向的位移為h₁；槽道正弦減速運(yùn)動(dòng)段在Z軸方向的位移為h₂；相鄰滾子21的中心距為H(槽道運(yùn)動(dòng)段在Z軸方向的位移也為H)；滾子21中心圓的半徑為R；滾子21個(gè)數(shù)為N；蝸桿凸輪1與滾子盤2的中心距為D；

以蝸桿凸輪1的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，軸向?yàn)閆軸，該原點(diǎn)位于Z軸上，該Z軸為該凸輪102的轉(zhuǎn)軸，建立柱面坐標(biāo)系O(r,θ,z),θ為槽道中心線111繞Z軸的旋轉(zhuǎn)角度；

該嚙入段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝-R·sin{2π/N-arcsin[z(θ+2π)/R]},θ＝[-(θ₀/2+θ₃+θ₄),-(θ₀/2+θ₃)]…(1)

該第一停歇段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝-H/2,θ＝[-(θ₀/2+θ₃),-θ₀/2]…(2)

該正弦加速運(yùn)動(dòng)段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝-H/2+h₁·{(θ+θ₀/2)/θ₂-sin[π(θ+θ₀/2)/θ₂]/π},θ＝[-θ₀/2,-θ₀/2+θ₂]…(3)

該等速運(yùn)動(dòng)段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝-H/2+h₁+(H-h₁-h₂)(θ+θ₀/2-θ₂)/(θ₀-2θ₂),θ＝[-θ₀/2+θ₂,θ₀/2-θ₂]…(4)

該正弦減速運(yùn)動(dòng)段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝H/2-h₂·{(θ₀/2-θ)/θ₂-sin[π(θ₀/2-θ)/θ₂]/π},θ＝[θ₀/2-θ₂,θ₀/2]…(5)

該第二停歇段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝H/2,θ＝[θ₀/2,θ₀/2+θ₃]…(6)

該嚙出段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝R·sin{2π/N+arcsin[z(θ+2π)/R]},θ＝[θ₀/2+θ₃,θ₀/2+θ₃+θ₄]…(7)

該槽道中心線在該凸輪的徑向截面的投影滿足以下方程：

r(θ)＝D-R·cos{arcsin[z(θ)/R]}…(8)

其中，r為槽道中心線在該凸輪徑向截面的投影上的點(diǎn)至Z軸的距離(下文將r稱為極半徑)；

而且，θ₁、θ₂、θ₃、θ₄為正數(shù)；θ₀＝θ₁+2θ₂；θ₀+θ₃＝2π；

H＝2·R·sin(π/N)；

h₁＝h₂＝2·θ₂·H/(θ₀-θ₂)。

本發(fā)明的蝸桿凸輪分度機(jī)構(gòu)，其蝸桿凸輪采用等速運(yùn)動(dòng)和正弦加速度運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的修正等速運(yùn)動(dòng)曲線，機(jī)構(gòu)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，既無剛性沖擊也無柔性沖擊，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，速度高，分度精確；而且，槽道的設(shè)計(jì)充分考慮了滾子在嚙入嚙出時(shí)與槽道的位置關(guān)系，避免產(chǎn)生干涉。

在圖中，a為嚙入段11ab的起點(diǎn)，b為嚙入段11ab的終點(diǎn)(同時(shí)為第一停歇段11bc的起點(diǎn))，c為第一停歇段11bc的終點(diǎn)(同時(shí)為正弦加速運(yùn)動(dòng)段11cd的起點(diǎn))，d為正弦加速運(yùn)動(dòng)段11cd的終點(diǎn)(同 時(shí)為等速運(yùn)動(dòng)段11de的起點(diǎn))，e為等速運(yùn)動(dòng)段11de的終點(diǎn)(同時(shí)為正弦減速運(yùn)動(dòng)段11ef的起點(diǎn)，f為正弦減速運(yùn)動(dòng)段11ef的終點(diǎn)(同時(shí)為第二停歇段11fg的起點(diǎn)),g為第二停歇段11fg的終點(diǎn)(同時(shí)為嚙出段11gh的起點(diǎn))，h為嚙出段11gh的終點(diǎn)。

為更好說明，以下較佳實(shí)施例?。害?sub>0＝3π/2，θ₂＝π/2，θ₃＝π/2，θ₄＝3π/4。代入方程(1)-(7)，得到：

Z(θ)＝-R·sin{2π/N-arcsin[z(θ+2π)/R]},θ＝[-2π,-5π/4]…(1’)

Z(θ)＝-H/2,θ＝[-5π/4,-3π/4]…(2’)

Z(θ)＝-H/2+(H/4)·{(3π/2+2θ)/π-sin(3π/2+2θ)/π},θ＝[-3π/4,-π/4]…(3’)

Z(θ)＝H·θ/π,當(dāng)θ＝[-π/4,π/4]…(4’)

Z(θ)＝H/2-(H/4)·{(3π/2-2θ)/π-sin(3π/2-2θ)/π},當(dāng)θ＝[π/4,3π/4]…(5’)

Z(θ)＝H/2,θ＝[3π/4,5π/4]…(6’)

Z(θ)＝R·sin{2π/N+arcsin[z(θ+2π)/R]},當(dāng)θ＝[5π/4,2π]…(7’)

根據(jù)方程(1’)-(7’)和(8)，得到槽道中心線111在Z軸投影的曲線，請一同參考圖7。

在工作時(shí)，滾子21經(jīng)嚙入段11ab進(jìn)入槽道11到達(dá)第一停歇段 11bc；滾子21與槽道11在第一停歇段11bc配合工作時(shí)，雖然蝸桿凸輪圍繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但滾子盤2則靜止不回轉(zhuǎn)，因此，滾子盤2的分度、制動(dòng)、定位一般在第一停歇段進(jìn)行；接著，滾子21依次進(jìn)入正弦加速運(yùn)動(dòng)段11cd、等速運(yùn)動(dòng)段11de和正弦減速運(yùn)動(dòng)段11ef，在Z軸方向依次做正弦加速度加速運(yùn)動(dòng)、等速運(yùn)動(dòng)、正弦加速度減速運(yùn)動(dòng)；之后進(jìn)入第二停歇段11fg，這時(shí)，相對第一停歇段11bc，滾子盤2已轉(zhuǎn)過一個(gè)分度角：2π/N；最后滾子21從嚙出段11gh離開槽道11。

由圖7可知，處于第一停歇段11bc與第二停歇段11fg時(shí)，槽道中心線111的Z軸方向的位移與極半徑r均不隨旋轉(zhuǎn)角度θ的變化而變化，所以，滾子21與槽道11在停歇段互相嚙合時(shí)，雖然蝸桿凸輪1圍繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但滾子21靜止不動(dòng)，滾子盤2也靜止不回轉(zhuǎn)。因此，整個(gè)機(jī)構(gòu)在停歇段進(jìn)行制動(dòng)、分度與定位，能夠產(chǎn)生良好的分段驅(qū)進(jìn)效果。

由圖8可知，加速度A為有限值，并且沒有突變，因此，機(jī)構(gòu)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，既無剛性沖擊也無柔性沖擊，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，速度高，分度精確(圖8中的A曲線為滾子21運(yùn)動(dòng)的加速度曲線，V曲線為滾子21運(yùn)動(dòng)的速度曲線)。

另外，方程(1’)與(7’)充分考慮了滾子21在嚙入嚙出時(shí)與槽道11的位置關(guān)系，有效地避免產(chǎn)生干涉。

進(jìn)一步地，該槽道11的徑向截面呈半圓形，這樣在加工蝸桿凸輪的槽道11時(shí)，只需用具有半圓形切削邊緣的刀具搭配四軸加工機(jī)即可。因此，蝸桿凸輪1制造容易快速，適于大量生產(chǎn)并可降低生產(chǎn)成本。

進(jìn)一步地，該滾子21的側(cè)面為圓弧面，該圓弧面用于與該槽道11內(nèi)側(cè)壁接觸。

對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。